一种基于物联网的水环境监测装置及方法与流程

本发明属于水资源监测领域，具体涉及一种基于物联网的水环境监测装置及方法。

背景技术：

水是关系人类生存和社会发展的基本物质，是一种有限的、不可替代的宝贵资源，是实现经济社会可持续发展的重要保证。目前，随着湖泊、河流和沿海流域经济的快速发展、人口的迅速增长，水库、湖泊、河流和海洋等水质污染和富营养化问题日益严重，在国家可持续发展战略思想思路的引导下，人们也越来越重视水资源的保护及水质的监测。

现有的水文水资源监测主要还停留在人工取样的方式进行，通过人工检测设备对水质进行采样，进行人工分析后得出结论并记录，这种方式不仅工作量大、费时费力，而且检测的数据较为有限、不够全面，准确度较低，在记录过程中不可避免的会出现人为操作导致的错误，不方便监管部门的管理和统计。

传统的水环境监测工作主要以人工现场采样、传感器有线通信、实验室仪器分析为主。其主要的缺点表现在1)监测点少、时间周期长和建站成本高；2)研究对象限于关注某些水域部分区域，不能大规模组网，对水域环境缺乏综合了解；3)只是对被监测水域某段时间和空间内的数据了解，不能多维度，连续动态的全面了解水环境随时空的动态变化；4)监测数据的保存和处理一般存在于中心机房，初期的投入费用和之后的维护费用较大。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种基于物联网的水环境监测装置及方法，能够对水文水资源方便的进行远程控制监测，能够全面掌握水资源是否受污染以及受污染的程度，并能够通过物联网将检测数据发送给远端web终端设备，以便于研究人员更好的掌握水文水资源状况。

本发明的技术方案是：一种基于物联网的水环境监测装置，包括透明的球状壳体1，所述球状壳体1内固定有水样品容纳腔3，所述水样品容纳腔3内设有抽吸泵4以及与抽吸泵4相连接的第一三通换向阀20、第二三通换向阀22，所述第一三通换向阀20包括一个出口端和两个进口端，第二三通换向阀22包括一个进口端和两个出口端；其中抽吸泵4的进水口与第一三通换向阀20的出口端连接，第一三通换向阀20的一个进口端与水样品容纳腔排水管21连接，第一三通换向阀20的另一个进口端与进水管15的一端连接，进水管15的另一端穿出水样品容纳腔3与球状壳体1上的进水口24连通；所述抽吸泵4的出水口与第二三通换向阀22的进口端连接，第二三通换向阀22的一个出口端与水样品容纳腔注水管23连接，第二三通换向阀22的另一个出口端与排水管16的一端连接，排水管16的另一端穿出水样品容纳腔3与球状壳体1上的出水口11连通；所述水样品容纳腔3内还设有水质检测单元以及水位传感器25，位于水样品容纳腔3外的球状壳体1内还分别设有无线通信模块17、gps模块18、微处理器12以及蓄电池13，所述球状壳体1上端的内表面还设有太阳能电池板2，位于球状壳体1内部的水样品容纳腔3下方还设有在配重14重力作用下使球状壳体1的上端能够在水中保持向上的配重14；所述水质检测单元、水位传感器25、无线通信模块17、gps模块18、第一三通换向阀2、第二三通换向阀22分别与微处理器12信号连接，所述抽吸泵4通过控制开关与微处理器12信号连接，所述微处理器12、抽吸泵4分别与蓄电池13电连接，蓄电池13与太阳能电池板2电连接；所述gps模块将地理位置信号发送给微处理器，微处理器将所述地理位置信号发送给所述无线通信模块，无线通信模块通过云端服务平台将所述地理位置信号发送给web终端设备，以便用户进行接收查看；所述无线通信模块17与云端服务平台无线通信连接，云端服务平台与web终端设备无线通信连接。

较佳地，所述球状壳体1上端的内表面还设有摄像装置19，所述摄像装置19与微处理器12信号连接；所述摄像装置19用于实时采集监测点的视频图像，并将视频图像信号实时发送给所述微处理器12，微处理器12实时接收所述摄像装置19实时采集的监测点处的视频图像信号，并实时发送给无线通信模块17，无线通信模块17再通过云端服务平台将所述视频图像信号发送给web终端设备。

较佳地，所述水样品容纳腔3内还设有用于测量水样品温度的温度传感器10，所述温度传感器10与微处理器12信号连接。所述温度传感器将所检测到温度值信号发送给微处理器12；微处理器12将该温度值信号发送给无线通信模块17，无线通信模块17再通过云端服务平台将所述温度值信号发送给web终端设备。

较佳地，水质检测单元包括分别与所述微处理器12信号连接的用于实时采集监测点水质的氯离子浓度值的氯离子传感器5、用于实时采集监测点水质的溶解氧浓度值的溶解氧传感器6、用于实时采集监测点水质的电导率值的电导率传感器7、用于实时采集监测点水质的粒度值的粒度分析仪8以及用于实时采集监测点水质的ph值的ph值传感器9；所述水质检测单元将实时采集的监测点水质的ph值、粒度值、电导率值、溶解氧浓度值以及氯离子浓度值实时发送给微处理器12，微处理器12将所接收的各值再实时发送给无线通信模块17，无线通信模块17再通过云端服务平台将所述各值发送给web终端设备。

较佳地，所述摄像装置19包括分别与微处理器12信号连接的云台以及固定于云台上的摄像机。

较佳地，所述球状壳体1由钢化玻璃制成。

较佳地，所述进水管15、排水管16分别与水样品容纳腔3、球状壳体1之间的连接处均设有防水密封结构；所述球状壳体1上的进水口24以及出水口11处均设有过滤网。

较佳地，所述云端服务平台是基于saas架构的云端服务平台；所述web终端设备包括台式电脑、笔记本电脑以及手机。

较佳地，所述微处理器是型号为omroncp1e-n20dr-d的plc控制器或msp430单片机；所述无线通信模块是3g或4g无线通信模块。

一种基于物联网的水环境监测方法，包括如下步骤：

1)将基于物联网的水环境监测装置投放于所要监测的江河、湖泊或海洋水体中，在浮力作用下，所述基于物联网的水环境监测装置漂浮于水面上；

2)通过web终端设备、云端服务平以及基于物联网的水环境监测装置的无线通信模块17向微处理器12发送测试指令，微处理器12接收到测试指令后，将第一三通换向阀20的与进水管15连接的进口端切换成导通状态，同时微处理器12将第二三通换向阀22的与水样品容纳腔注水管23连接的出口端切换成导通状态；随后，微处理器12通过控制开关启动抽吸泵4从外界水体中抽水并注入水样品容纳腔3中，当水样品容纳腔3中所注入的待测试水样品的水位经水位传感器25实时检测后达到所设置的水位高度时，微处理器12通过控制开关关闭抽吸泵4，停止向水样品容纳腔3中注水；

3)微处理器12启动水质检测单元对水样品容纳腔3中的待测试水样品进行检测，水质检测单元将检测数据发送给微处理器12，微处理器12将检测数据发送给无线通信模块17，无线通信模块17再通过云端服务平台将所述各值发送给web终端设备，以便于终端用户进行查看；

4)水质检测单元检测完毕后，微处理器12将第一三通换向阀20的与水样品容纳腔排水管21连接的进口端切换成导通状态，同时微处理器12将第二三通换向阀22的与排水管16连接的出口端切换成导通状态；随后，微处理器12通过控制开关启动抽吸泵4从水样品容纳腔3中将水样品抽出并排放至外界水体中，当抽吸泵4抽吸时间达到设定的抽吸时间后，则微处理器12默认水样品容纳腔3中的水已排空，微处理器12通过控制开关关闭抽吸泵4，停止从水样品容纳腔3中排水；

5)所述基于物联网的水环境监测装置恢复至待机状态，等待来自web终端设备的下一次测试指令。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于物联网的水环境监测装置及方法，能够对水文水资源方便的进行远程监测控制，能够全面掌握水资源是否受污染以及受污染的程度，并能够通过物联网将监测数据发送给远端web终端设备，以便于研究人员更好的掌握水文水资源状况。本发明利用物联网技术对现有的监测技术和手段进行改善和提高。通过在所要监测的水体中投放自动供电自动受控检测运行的监测装置，能够很方便的通过物联网得到所要监测水体的检测数据。

附图说明

图1是本发明的基于物联网的水环境监测装置结构示意图；

图2是本发明的一个基于物联网的水环境监测装置与物联网连接的系统框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

参见图1和图2所示，本实施例提供了一种基于物联网的水环境监测装置，包括透明的球状壳体1，所述球状壳体1内固定有水样品容纳腔3，所述水样品容纳腔3内设有抽吸泵4以及与抽吸泵4相连接的第一三通换向阀20、第二三通换向阀22，所述第一三通换向阀20包括一个出口端和两个进口端，第二三通换向阀22包括一个进口端和两个出口端；其中抽吸泵4的进水口与第一三通换向阀20的出口端连接，第一三通换向阀20的一个进口端与水样品容纳腔排水管21连接，第一三通换向阀20的另一个进口端与进水管15的一端连接，进水管15的另一端穿出水样品容纳腔3与球状壳体1上的进水口24连通；所述抽吸泵4的出水口与第二三通换向阀22的进口端连接，第二三通换向阀22的一个出口端与水样品容纳腔注水管23连接，第二三通换向阀22的另一个出口端与排水管16的一端连接，排水管16的另一端穿出水样品容纳腔3与球状壳体1上的出水口11连通；所述水样品容纳腔3内还设有水质检测单元以及水位传感器25，位于水样品容纳腔3外的球状壳体1内还分别设有无线通信模块17、gps模块18、微处理器12以及蓄电池13，所述球状壳体1上端的内表面还设有太阳能电池板2，位于球状壳体1内部的水样品容纳腔3下方还设有在配重14重力作用下使球状壳体1的上端能够在水中保持向上的配重14；所述水质检测单元、水位传感器25、无线通信模块17、gps模块18、第一三通换向阀2、第二三通换向阀22分别与微处理器12信号连接，所述抽吸泵4通过控制开关与微处理器12信号连接，所述微处理器12、抽吸泵4分别与蓄电池13电连接，蓄电池13与太阳能电池板2电连接；所述gps模块将地理位置信号发送给微处理器，微处理器将所述地理位置信号发送给所述无线通信模块，无线通信模块通过云端服务平台将所述地理位置信号发送给web终端设备，以便用户进行接收查看；所述无线通信模块17与云端服务平台无线通信连接，云端服务平台与web终端设备无线通信连接。

进一步地，所述球状壳体1上端的内表面还设有摄像装置19，所述摄像装置19与微处理器12信号连接；所述摄像装置19用于实时采集监测点的视频图像，并将视频图像信号实时发送给所述微处理器12，微处理器12实时接收所述摄像装置19实时采集的监测点处的视频图像信号，并实时发送给无线通信模块17，无线通信模块17再通过云端服务平台将所述视频图像信号发送给web终端设备。

进一步地，所述水样品容纳腔3内还设有用于测量水样品温度的温度传感器10，所述温度传感器10与微处理器12信号连接。所述温度传感器将所检测到温度值信号发送给微处理器12；微处理器12将该温度值信号发送给无线通信模块17，无线通信模块17再通过云端服务平台将所述温度值信号发送给web终端设备。

进一步地，水质检测单元包括分别与所述微处理器12信号连接的用于实时采集监测点水质的氯离子浓度值的氯离子传感器5、用于实时采集监测点水质的溶解氧浓度值的溶解氧传感器6、用于实时采集监测点水质的电导率值的电导率传感器7、用于实时采集监测点水质的粒度值的粒度分析仪8以及用于实时采集监测点水质的ph值的ph值传感器9；所述水质检测单元将实时采集的监测点水质的ph值、粒度值、电导率值、溶解氧浓度值以及氯离子浓度值实时发送给微处理器12，微处理器12将所接收的各值再实时发送给无线通信模块17，无线通信模块17再通过云端服务平台将所述各值发送给web终端设备。

进一步地，所述摄像装置19包括分别与微处理器12信号连接的云台以及固定于云台上的摄像机。

进一步地，所述球状壳体1由钢化玻璃制成。

进一步地，所述进水管15、排水管16分别与水样品容纳腔3、球状壳体1之间的连接处均设有防水密封结构；所述球状壳体1上的进水口24以及出水口11处均设有过滤网。

进一步地，所述云端服务平台是基于saas架构的云端服务平台；所述web终端设备包括台式电脑、笔记本电脑以及手机。

进一步地，所述微处理器是型号为omroncp1e-n20dr-d的plc控制器或msp430单片机；所述无线通信模块是3g或4g无线通信模块。

一种基于物联网的水环境监测方法，包括如下步骤：

1)将基于物联网的水环境监测装置投放于所要监测的江河、湖泊或海洋水体中，在浮力作用下，所述基于物联网的水环境监测装置漂浮于水面上；

2)通过web终端设备、云端服务平以及基于物联网的水环境监测装置的无线通信模块17向微处理器12发送测试指令，微处理器12接收到测试指令后，将第一三通换向阀20的与进水管15连接的进口端切换成导通状态，同时微处理器12将第二三通换向阀22的与水样品容纳腔注水管23连接的出口端切换成导通状态；随后，微处理器12通过控制开关启动抽吸泵4从外界水体中抽水并注入水样品容纳腔3中，当水样品容纳腔3中所注入的待测试水样品的水位经水位传感器25实时检测后达到所设置的水位高度时，微处理器12通过控制开关关闭抽吸泵4，停止向水样品容纳腔3中注水；

3)微处理器12启动水质检测单元对水样品容纳腔3中的待测试水样品进行检测，水质检测单元将检测数据发送给微处理器12，微处理器12将检测数据发送给无线通信模块17，无线通信模块17再通过云端服务平台将所述各值发送给web终端设备，以便于终端用户进行查看；

4)水质检测单元检测完毕后，微处理器12将第一三通换向阀20的与水样品容纳腔排水管21连接的进口端切换成导通状态，同时微处理器12将第二三通换向阀22的与排水管16连接的出口端切换成导通状态；随后，微处理器12通过控制开关启动抽吸泵4从水样品容纳腔3中将水样品抽出并排放至外界水体中，当抽吸泵4抽吸时间达到设定的抽吸时间后，则微处理器12默认水样品容纳腔3中的水已排空(包括通过抽吸泵排出水样品容纳腔中的部分空气)，微处理器12通过控制开关关闭抽吸泵4，停止从水样品容纳腔3中排水；

5)所述基于物联网的水环境监测装置恢复至待机状态，等待来自web终端设备的下一次测试指令。

综上所述，本发明提供了一种基于物联网的水环境监测装置及方法，能够对水文水资源方便的进行远程监测控制，能够全面掌握水资源是否受污染以及受污染的程度，并能够通过物联网将监测数据发送给远端web终端设备，以便于研究人员更好的掌握水文水资源状况。本发明利用物联网技术对现有的监测技术和手段进行改善和提高。通过在所要监测的水体中投放自动供电自动受控检测运行的监测装置，能够很方便的通过物联网得到所要监测水体的检测数据。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。